รูปแบบการวิบัติของฐานรากในประเทศไทย อ่าน 33,225

รูปแบบการวิบัติของฐานรากในประเทศไทย

โดย
นายสืบศักดิ์ พรหมบุญ
นายชูเลิศ จิตเจือจุน
บริษัท อินเตอร-คอนซัลท์ จำกัด

บทคัดย่อ
           การวิบัติของอาคารในปัจจุบัน มีสาเหตุมาจากปัจจัยหลากหลายประการ เช่น การออกแบบผิดพลาด การใช้งานผิดวัตถุประสงค์ ฐานรากทรุดตัว การก่อสร้างไม่ได้มาตรฐาน ฯลฯ ซึ่งถ้าความเสียหายเกิดขึ้นกับโครงสร้างหลักที่อยู่ด้านบน เช่น เสา คาน พื้น การซ่อมแซมสามารถทำได้ง่าย รวดเร็ว และค่าใช้จ่ายไม่สูงนัก ผิดกับความเสียหายที่เกิดขึ้นกับฐานราก ที่นอกจากจะทำการซ่อมแซมแก้ไขได้ยากแล้ว ยังสูญเสียค่าใช้จ่ายมากด้วย
           ผู้เขียนได้ทำการรวบรวมลักษณะและรูปแบบการวิบัติของฐานราก โดยมีจุดประสงค์เพื่อจะให้เป็นอุทาหรณ์สำหรับวิศวกรทั้งรุ่นเก่าและใหม่ ในการที่จะได้เรียนรู้ข้อผิดพลาดของสาเหตุต่างๆที่เคยเกิดขึ้น และหวังว่าจะช่วยให้ ความเสียหายจากสาเหตุดังกล่าวลดน้อยลงหรือไม่เกิดขึ้นอีก

รูปแบบการวิบัติของฐานรากในประเทศไทย

1. เสาเข็มมีความบกพร่องหรือไม่สมบูรณ์
           เสาเข็มที่มีสภาพบกพร่องหรือไม่สมบูรณ์นั้น จะมีพฤติกรรมเป็นเสมือนเสาเข็มสั้น โดยที่ถ้าหากมีความบกพร่องมาก จะสามารถสังเกตพฤติกรรมการทรุดตัวได้ ตั้งแต่ยังก่อสร้างไม่เสร็จ แต่ถ้ามีความบกพร่องเพียงเล็กน้อย ในช่วงแรกอาจไม่สามารถสังเกตเห็นการทรุดตัวได้ แต่เมื่อเวลาผ่านไปโครงสร้างรับน้ำหนักเพิ่มมากขึ้น และเสาเข็มนั้นไม่สามารถรับน้ำหนักโครงสร้างได้ ก็จะทำให้เกิดการทรุดตัวลงอย่างรวดเร็ว กรณีนี้ มักจะได้ยินเสียงเสาเข็มระเบิดก่อนที่จะมีการทรุดตัว แต่ถ้าเสาเข็มนั้นยังสามารถรับน้ำหนักของโครงสร้างได้ ก็จะทำให้เกิดการทรุดตัวอย่างช้าๆ ซึ่งจะสามารถสังเกตความผิดปกติได้จากรอยแตกร้าวที่ทำมุมเฉียง 45 องศา ของผนังก่ออิฐฉาบปูน
           ประเด็น
           1.1 การฝืนตอกเสาเข็มลงในชั้นดินแข็ง มักพบบ่อยในกรณีที่วิศวกร กำหนดความยาวแน่นอนของเสาเข็มไว้ในแบบ โดยที่ไม่ได้ทำการเจาะสำรวจข้อมูลไว้ก่อน หรือมีข้อมูลดินไม่เพียงพอ ผู้รับเหมาตอกเสาเข็มจึงพยายามตอกเข่นเสาเข็มให้ได้ตามความยาวที่กำหนดไว้ในแบบ ซึ่งถ้าเสาเข็มมีขนาดเล็ก จะทำให้เกิดความเสียหายได้ง่าย
           ข้อสังเกต ในหลายครั้งที่ผู้เขียนได้เข้าสำรวจสาเหตุการทรุดตัวของอาคาร แล้วพบว่า เสาเข็มต้นมุมอาคาร มีการทรุดตัวสูงที่สุดอันเนื่องมาจากเสาเข็มหัก ทั้งๆที่เป็นต้นที่รับน้ำหนักน้อยที่สุด แต่เมื่อพิจารณาจากข้อมูลการตอกเสาเข็มแล้ว พบว่าเสาเข็มต้นดังกล่าว เป็นเสาเข็มที่ถูกตอกไว้เป็นต้นแรก
           1.2 การนำเสาเข็มที่ยังไม่ได้อายุมาใช้งาน
           1.3 เสาเข็มแตกร้าวระหว่างการขนส่งหรือขณะยกติดตั้ง
           1.4 การเชื่อมรอยต่อของเสาเข็มไม่ได้มาตรฐาน
           1.5 การก่อสร้างเสาเข็มเจาะที่ไม่ได้มาตรฐาน เสาเข็มขาดกลาง เกิดNecking เป็นต้น
           1.6 การเคลื่อนตัวด้านข้างของดินระหว่างการตอกไปดันเสาเข็มที่ตอกก่อนหัก

รูปที่ 1 การทรุดตัวของอาคารอันเนื่องมาจากเสาเข็มบกพร่อง

รูปที่ 2 ฐานรากกลุ่มเกิดการทรุดเอียงเนื่องจากเสาเข็มต้นหนึ่งบกพร่อง

2. เสาเข็มรับน้ำหนักมากเกินไป
ประเด็น
2.1 การใช้งานผิดวัตถุประสงค์จากที่ได้ออกแบบไว้ในตอนแรก เช่น อาคารพาณิชย์ 2 ชั้นครึ่ง ที่มักพบอยู่บ่อยๆว่า มีการต่อเติมเพิ่มเป็น 4 ชั้น โดยเปลี่ยนชั้นลอยเป็นชั้นที่ 2 และต่อเติมชั้นดาดฟ้าให้เป็นชั้น 4 ซึ่งน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นมานั้นประมาณ 1.6 เท่า ของน้ำหนักเดิมเลยทีเดียว แต่ที่อาคารส่วนใหญ่ยังคงอยู่ได้โดยยังไม่มีปัญหาเกิด ก็เนื่องจากการที่ฐานรากได้ใช้กำลังในส่วนที่เผื่อไว้สำหรับเป็นค่าอัตราส่วนความปลอดภัย (โดยปกติมีค่า 2.5 เท่า) แต่ถ้าหากฐานรากนั้นมีค่าอัตราส่วนความปลอดภัยต่ำอยู่แล้ว หรือได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น จากการทรุดตัวของดินอ่อน ซึ่งจะทำให้เกิด Negative Skin Friction เสาเข็มอาจรับน้ำหนักไม่ไหวและเกิดการวิบัติในที่สุด

รูปที่ 3 การทรุดตัวของอาคารอันเนื่องมาจากเสาเข็มรับน้ำหนักมากเกินไป

รูปที่ 4 เสาเข็มรับน้ำหนักมากเกินไปจนวิบัติ

           2.2 การถมดินเพื่อหนีน้ำท่วม ประเด็นของปัญหานี้เกิดขึ้นมากในพื้นที่กรุงเทพมหานคร โดยเฉพาะบริเวณเขตรามคำแหง ที่มีการทรุดตัวของแผ่นดินมากที่สุด อันเนื่องมาจากการลดระดับลงของน้ำบาดาล และเมื่อเกิดฝนตก น้ำฝนจะไหลลงมารวมกันในที่ต่ำ ซึ่งก็จะทำให้เกิดปัญหาน้ำท่วมตามมา ประชาชนส่วนใหญ่จึงแก้ปัญหาด้วยการถมดินให้สูงขึ้นเพื่อหนีน้ำ โดยหารู้ไม่ว่าการถมดินนั้น เป็นการเพิ่มน้ำหนักกดทับให้กับดินอ่อนที่อยู่ข้างใต้ ซึ่งก็จะทำให้เกิดการทรุดตังเพิ่มขึ้นอีก นอกจากนี้ยังพบว่า มีการถมดินเพื่อยกระดับพื้นภายในตัวอาคาร โดยไม่ทำการทุบพื้นชั้นล่างทิ้ง เพราะคิดว่าพื้นเดิมเป็นแผ่นพื้นวางบนดิน (Slab on ground) เมื่อเวลาผ่านไปแผ่นพื้นจะทรุดไปตามดิน แต่ในความเป็นจริงไม่เป็นเช่นนั้น เพราะในการก่อสร้างส่วนใหญ่ ไม่ได้ทำการตัดแยกรอยต่อระหว่างแผ่นพื้นกับคานคอดินอย่างสมบูรณ์ โดยยังคงเกิดแรงยึดเหนี่ยวและแรงเสียดทานที่รอยต่อระหว่างแผ่นพื้นและคานคอดินอยู่ ทำให้แผ่นพื้นที่วางบนดินมีพฤติกรรมการถ่ายน้ำหนักเสมือนแผ่นพื้นวางบนคาน ซึ่งจะทำให้ฐานรากต้องรับภาระเพิ่มมากขึ้นและเกิดการวิบัติในที่สุด
           2.3 วิศวกรผู้ออกแบบประเมินกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มสูงเกินจริง กรณีเช่นนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก วิศวกรไม่มีความรู้ในเรื่องฐานราก ออกแบบโดยไม่มีข้อมูลดินและใช้กำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มมากเกินไป ซึ่งในบางครั้งพบว่าเสาเข็มต้องรับน้ำหนักใช้งานใกล้เคียงกับกำลังรับน้ำหนักประลัยของเสาเข็มเลยทีเดียว นอกจากนี้ยังพบว่าวิศวกรทั่วไปนิยมที่จะเลือกใช้วิธีประเมินกำลังรับน้ำหนักปลอดภัยของเสาเข็ม ตามหนังสือหรือคู่มือประกอบการขายของบริษัทเสาเข็ม ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยโดยประมาณของพื้นที่กรุงเทพฯ แต่จะมีความผิดพลาดมากเมื่อนำไปใช้ในพื้นที่ที่เป็นดินอ่อนมากๆ เช่น สมุทรปราการ ฉะเชิงเทรา สมุทรสาคร เป็นต้น

3. เสาเข็มอยู่ในชั้นดินอ่อน และกระจายน้ำหนักไม่เท่ากัน
           ประเด็น
           3.1 การก่อสร้างฐานรากเสาเข็มที่อยู่ในชั้นดินอ่อน แต่ไม่มีการคำนวณ Stress ที่เสาเข็มแต่ละต้นต้องรับ ซึ่งเมื่อเสาเข็มรับน้ำหนักแตกต่างกันมาก การทรุดตัวของเสาเข็มในแต่ละต้นก็จะแตกต่างกันมากตามไปด้วย ตัวอย่างของกรณีนี้ เช่น อาคารพาณิชย์ที่มีการก่อสร้างเป็นแถวยาวหลายๆห้องติดกัน แต่ใช้เสาเข็มเดี่ยวเป็นฐานรากเหมือนกันทุกฐาน โดยที่ปลายเสาเข็มไม่ได้หยั่งลงไปในชั้นดินแข็ง ซึ่งจะทำให้แนวอาคารชุดดังกล่าวเกิดปัญหาการทรุดตัวแอ่นกลาง เนื่องจาก Stress ของเสาเข็มที่ตรงกลางมีค่ามากกว่าที่บริเวณริมนั่นเอง กรณีตัวอย่างอีกกรณีก็คือ การก่อสร้างบ้านเดี่ยว 2 ชั้น ที่มีโรงจอดรถอยู่ด้านหน้าบ้าน โดยใช้เสาเข็มสั้นยาวเท่ากันทั้งหมด เมื่อเวลาผ่านไป โรงจอดรถจะเกิดการทรุดตัวน้อยกว่าตัวบ้าน ทำให้เกิดปัญหาการทรุดตัวไม่เท่ากันตามมา

รูปที่ 5 การทรุดตัวของอาคารอันเนื่องมาจากเสาเข็มอยู่ในชั้นดินอ่อน และกระจายน้ำหนักไม่เท่ากัน

รูปที่ 6 การทรุดตัวของอาคารอันเนื่องมาจากเสาเข็มอยู่ในชั้นดินอ่อน และกระจายน้ำหนักไม่เท่ากัน

รูปที่ 7 การทรุดตัวที่แตกต่างกันเนื่องจากใช้เสาเข็มขนาดเดียวกันและยาวเท่ากันทั้งหมด

           3.2 การที่วิศวกรออกแบบพื้นชั้นที่ 1 เป็นแผ่นพื้นวางบนดิน แต่แผ่นพื้นดังกล่าวบางส่วนกลับมีพฤติกรรมการถ่ายน้ำหนักเสมือนแผ่นพื้นวางบนคาน ตามที่ได้ให้เหตุผลไว้ก่อนหน้านี้ ทำให้ฐานรากต้องรับน้ำหนักเพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ตามธรรมชาติของมนุษย์ที่เมื่ออยู่อาศัยไปนานๆแล้ว มักจะมีการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงพื้นที่การใช้งานอยู่เสมอ ซึ่งก็มักจะมีการเทพื้นเพื่อปูกระเบื้องใหม่ และพื้นที่เทใหม่นี้ก็จะวางตัวอยู่บนคานคอดินและยึดติดกับพื้นเดิม ซึ่งจะทำให้เพิ่มน้ำหนักให้กับฐานรากมากขึ้น จนเป็นสาเหตุทำให้เกิดการทรุดตัว

4. การเคลื่อนตัวด้านข้างของดิน
           การวิบัติอันเนื่องมาจากผลของการเคลื่อนตัวด้านข้างของดินนั้น สามารถพบเห็นได้อย่างสม่ำเสมอ โดยมีสาเหตุดังนี้
ประเด็น
           4.1 อาคารสร้างอยู่ใกล้ตลิ่ง หรือ คู คลอง โดยไม่มีการก่อสร้างโครงสร้างป้องกันดินพัง เมื่อเวลาผ่านไป ดินบริเวณตลิ่งจะถูกน้ำกัดเซาะมากขึ้น ทำให้มีความลาดชันของตลิ่งสูงมากขึ้นตาม และเมื่อระดับน้ำมีการลดลงอย่างรวดเร็ว (Rapid Draw Down) ก็จะทำให้ลาดดินเกิดการพังทลาย (Slope Stability Failure) มวลดินที่พังทลายนี้ หากอยู่ภายในขอบเขตของฐานราก ก็จะส่งผลทำให้เกิดแรงดันดินปริมาณมหาศาลต่อเสาเข็ม และดันทำให้เสาเข็มหักในที่สุด

รูปที่ 8 การเคลื่อนตัวด้านข้างของดินดันเสาเข็มหัก

รูปที่ 9 การวิบัติเนื่องจากการพังทลายของลาดตลิ่งไปดันให้เสาเข็มหัก

           4.2 การขุดดินลึกใกล้กับโครงสร้างอาคารเดิม เป็นกรณีที่พบมากในปัจจุบัน เนื่องจากเศรษฐกิจที่เริ่มดีขึ้น มีการก่อสร้างขนาดใหญ่เกิดขึ้นหลายโครงการ ซึ่งในการก่อสร้างอาคารขนาดใหญ่ ก็มักจะมีการก่อสร้างห้องใต้ดินร่วมด้วย เพื่อจะได้ใช้พื้นที่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด นอกจากนี้ ในปัจจุบันยังมีกฎหมายบังคับให้ อาคารขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีพื้นที่สำหรับรองรับน้ำฝนไว้ใต้ดิน (แก้มลิง) ซึ่งก็จะทำให้การก่อสร้างห้องใต้ดินต้องทำการขุดดินลึกมากขึ้น ด้วยเหตุนี้ จึงทำให้ค่าใช้จ่ายสำหรับโครงสร้างป้องกันดินพังสูงขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นวิศวกรบางท่านจึงได้พยายามออกแบบโครงสร้างป้องกันดินให้ประหยัดที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดค่าใช้จ่าย ซึ่งก็เป็นธรรมดาที่ความประหยัดกับความปลอดภัย มักเดินสวนทางกันในเชิงวิศวกรรม เราจึงพบเห็นได้บ่อยครั้ง ที่โครงสร้างป้องกันดินพังนี้จะเกิดปัญหาต่างๆตามมา ในบางกรณีอาจเกิดการพังทลายลงอย่างรุนแรง หรือในกรณีที่ไม่ถึงกับพังทลายแต่ก็ก่อให้เกิดปัญหาการเคลื่อนตัวด้านข้างเป็นปริมาณมาก จนไปดันทำให้เสาเข็มของอาคารที่อยู่ข้างเคียงหัก ส่งผลทำให้อาคารข้างเคียงเกิดการทรุดตัวลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งแม้จะไม่ถึงกับเป็นอันตรายต่อชีวิตของผู้อยู่อาศัย แต่ก็เป็นการทำร้ายโดยตรงต่อสภาพจิตใจของพวกเค้าเหล่านั้น ที่อยู่ดีๆก็ต้องมารับผลกรรมที่ตนไม่ได้เป็นผู้ก่อไว้
           4.3 วิศวกรออกแบบโครงสร้างป้องกันดินผิดพลาด กรณีเช่นนี้ก็เป็นสิ่งที่พบเห็นได้บ่อยครั้ง ที่มีโครงสร้างป้องกันดินพังที่ได้รับการออกแบบโดยวิศวกร เกิดการพังทลายลงมา ซึ่งก็มีผลทำให้ประชาชนทั่วไปเริ่มไม่ให้ความเชื่อถือต่อวิศวกรมากขึ้นเรื่อยๆ ผู้เขียนอยากจะเตือนวิศวกรที่ไม่เคยมีประสบการณ์และความรู้ความเข้าใจในการออกแบบโครงสร้างป้องกันดินพัง ว่าอย่าได้รับงานออกแบบเลย เพราะนอกจากจะทำให้เสียชื่อเสียง เสียอนาคตในทางวิชาชีพแล้ว ยังทำให้เสื่อมเสียไปถึงสถาบันวิชาชีพของวิศวกรไทยอีกด้วย หลักการในการวิเคราะห์ออกแบบโครงสร้างป้องกันดินพังนั้น จะต้องพิจารณาถึงความเป็นไปได้ทั้งหมด ที่ทำให้โครงสร้างเสียหายและเกิดการวิบัติ ซึ่งต้องพิจารณาถึงโครงสร้างย่อยๆ ไปจนถึงระบบโดยรวม นอกจากนี้ยังต้องออกแบบโดยคำนึงถึงสภาวะที่วิกฤตที่สุดด้วย ซึ่งจะเห็นได้ว่าถ้าผู้ออกแบบไม่มีประสบการณ์และไม่มีความรู้ความเข้าใจที่ดีแล้ว แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะทำการออกแบบโครงสร้างป้องกันดินให้มีความปลอดภัยอย่างเพียงพอ
           4.4 การตอกเสาเข็มใกล้เคียงกับโครงสร้างอาคารเดิม ซึ่งเป็นปัญหาที่มีการถกเถียงกันมาก และก่อให้เกิดการฟ้องร้องกันในชั้นศาล

5. เสาเข็มเยื้องศูนย์
           ปัญหาการเกิดเสาเข็มเยื้องศูนย์นั้น มักเกิดกับฐานรากที่เป็นเสาเข็มต้นเดี่ยว โดยทั่วไปพบในการการสร้างโดยใช้เสาเข็มตอก โดยเฉพาะการตอกเสาเข็มในบริเวณที่เป็นดินอ่อน หรือบริเวณที่ใกล้ชายฝั่ง คู คลอง ที่ดินสามารถเคลื่อนตัวออกไปทางด้านข้างโดยง่าย เนื่องจากไม่มีสภาพของการจำกัดบริเวณ (Confinement) การตอกเสาเข็มซึ่งเป็นการแทนที่ดิน จึงทำให้เกิดการเคลื่อนตัวทางด้านข้างได้ง่าย
           หากพบว่าเสาเข็มมีการเยื้องศูนย์มาก ก่อนที่จะทำการก่อสร้างต่อไป ควรทำการทดสอบความสมบูรณ์ของเสาเข็ม (Seismic Test) ว่าเสาเข็มมีความชำรุด บกพร่องหรือไม่ ทั้งนี้เพื่อที่จะได้สามารถแก้ไขได้ทันท่วงที

รูปที่ 10 การทรุดตัวเอียงของอาคารอันเนื่องมาจากเสาเข็มเยื้องศูนย์

รูปที่ 11 อาคารหลังนี้เกิดการทรุดตัวเมื่อทำการขุดตรวจสอบพบว่ามีสาเหตุมาจากเสาเข็มเยื้องศูนย์

6. ความยาวของเสาเข็มที่ใช้ไม่เท่ากัน
           กรณีของการวิบัติด้วยสาเหตุนี้ เรียกได้ว่าพบบ่อยที่สุด สังเกตพบได้ง่ายที่สุด แต่มักไม่ถึงกับก่อให้เกิดความเสียหายรุนแรง เนื่องจากรอยแตกร้าวของการทรุดตัวที่แตกต่างกันจะค่อยๆเพิ่มขึ้นตามวันเวลา เจ้าของอาคารมักจะสังเกตเห็นก่อน ซึ่งก็จะทำการซ่อมแซมหรือไม่ก็ทุบทิ้งไปก่อนที่จะเกิดการวิบัติ
ประเด็น
           6.1 วิศวกรออกแบบผิดพลาดตั้งแต่ต้น เนื่องจากการที่พิจารณาเฉพาะกำลังรับน้ำหนักของเสาเข็มเพียงอย่างเดียว ไม่ได้คิดถึงพฤติกรรมการทรุดตัวของเสาเข็มเข้าไปร่วมด้วย กรณีเช่นนี้ พบมากในการออกแบบพื้นโรงงานช่วงกว้างๆที่ต้องการความสามารถในการรับน้ำหนักมากๆ ซึ่งมักจะออกแบบให้แผ่นพื้นวางบนเสาเข็มสั้น แต่ตัวโครงสร้างอยู่บนเสาเข็มยาว ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปจึงเกิดปัญหาการทรุดตัวไม่เท่ากัน
           6.2 การต่อเติมอาคารโดยใช้เสาเข็มยาวไม่เท่ากัน ซึ่งก็เป็นไปได้ 2 กรณี คือเสาเข็มของอาคารใหม่สั้นกว่าเสาเข็มของอาคารเดิม หรือกรณีที่เสาเข็มของอาคารใหม่สั้นกว่าเสาเข็มของอาคารเดิม โดยที่ไม่ได้ทำการตัดแยกโครงสร้างออกจากกัน หรือทำการตัดแยกโครงสร้างแล้วแต่ทำผิดวิธี ซึ่งก็จะส่งผลทำให้เกิดปัญหาการทรุดตัวไม่เท่ากันตามมา

รูปที่ 12 การต่อเติมบ้านโดยใช้เสาเข็มสั้น

รูปที่ 13 การทรุดตัวของส่วนต่อเติมที่ใช้เสาเข็มยาวไม่เท่ากัน

6.3 การก่อสร้างอาคารใหม่ที่ใช้เสาเข็มยาวมาชิดกับอาคารเก่าที่เป็นเสาเข็มสั้น ลักษณะนี้พบมากในบริเวณที่มีการอยู่อาศัยหนาแน่น เช่น ย่านเยาวราช สุขุมวิท สีลม ฯลฯ ซึ่งปัญหานี้จริงๆแล้วไม่น่าที่จะเกิดขึ้น เพราะตามกฎหมาย อาคารที่สร้างขึ้นใหม่จะต้องมีระยะถอยร่นอย่างน้อย 2 เมตร

7. การต่อเติมโครงสร้างโดยใช้เสาเข็มเจาะ
ขบวนการในการก่อสร้างเสาเข็มเจาะนั้น แตกต่างกับเสาเข็มตอกอย่างสิ้นเชิง ซึ่งก็มีผลทำให้พฤติกรรมของเสาเข็มเจาะแตกต่างกับเสาเข็มตอกตามไปด้วย โดยเสาเข็มเจาะจะมีการทรุดตัวสูงกว่าเสาเข็มตอกมากพอสมควร เนื่องจากเสาเข็มเจาะจะมีการทรุดตัวเนื่องจากการหดตัวของคอนกรีตที่ใช้หล่อเสาเข็ม และการทรุดตัวที่ปลายเสาเข็ม (Soft Toe) มากกว่าเสาเข็มตอก ด้วยเหตุนี้หากต้องการที่จะต่อเติมโครงสร้างโดยใช้เสาเข็มเจาะ ควรทำการตัดแยกโครงสร้างใหม่และเก่าออกจากกันอย่างเด็ดขาด โดยสร้างโครงสร้างยื่นเข้าไปใกล้กัน แต่ไม่ให้มีการเชื่อมติดกัน โครงสร้างทั้งสองต้องเป็นอิสระต่อกัน ไม่ควรฉาบปูนปิดรอยต่อ เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวและแรงเสียดทานของปูนฉาบ อาจก่อให้เกิดปัญหาการทรุดเอียงของโครงสร้างใหม่ได

รูปที่ 14 การทรุดตัวไม่เท่ากันของอาคารที่ต่อเติมโดยใช้ฐานรากเป็นเสาเข็มเจาะ

รูปที่ 15 อาคารเกิดการทรุดตัวและแยกตัวออกจากกันเนื่องจากใช้ฐานรากเป็นเสาเข็มเจาะ

8. เสาเข็มความยาวเท่ากันแต่วางตัวอยู่บนชั้นดินต่างชนิดกัน
ประเด็นของปัญหานี้มักไม่ค่อยเกิดขึ้นบ่อย เนื่องจากในการตอกเสาเข็มมักจะมีการกำหนดค่า Blow Count ไว้ ซึ่งหากยังไม่ได้ค่า Blow Count ที่กำหนด ก็จะต้องตอกส่งเสาเข็มลงไปอีก แต่อย่างไรก็ตาม กรณีการวิบัติเช่นนี้ก็ยังเกิดขึ้น เนื่องจากผู้รับเหมาตอกเสาเข็มต้องการประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายในการตอก โดยจะทำการ “โกง Blow Count” เพื่อให้ความลึกของเสาเข็มตามต้องการ ซึ่งถ้าไม่มีวิศวกรมาคอยควบคุมอยู่หน้างาน หรือวิศวกรไม่มีความเชี่ยวชาญพอ ก็จะไม่ทันเล่ห์เหลี่ยมของผู้รับเหมาตอกเสาเข็ม และถูกโกง Blow Count ในที่สุด

รูปที่ 16 การทรุดตัวของอาคารอันเนื่องมาจากเสาเข็มอยู่ในชั้นดินต่างชนิดกัน

9. Uplift Pressure
การวิบัติลักษณะนี้ไม่ค่อยได้พบเห็นบ่อยครั้งนัก จนวิศวกรหลายๆท่านคิดว่า ไม่น่าสามารถเกิดขึ้นได้จริง และปล่อยปละละเลย ไม่มีการตรวจสอบรูปแบบการวิบัติลักษณะนี้ในการออกแบบ ซึ่งก็อาจทำให้เกิดความเสียหายตามมาในภายหลัง โครงสร้างที่เสี่ยงต่อการวิบัติในลักษณะนี้ได้แก่ บ่อเก็บน้ำใต้ดิน, อ่างเก็บน้ำ, บ่อบำบัดน้ำเสีย, อาคารศึกษาสัตว์น้ำ ฯลฯ

รูปที่ 17 การวิบัติของฐานรากอันเนื่องมาจากแรงยกตัว ทำให้เสาเข็มหลุดออกจากโครงสร้าง

10. ดินยุบตัว (Collapsible Soil)
การวิบัติของฐานรากแผ่ที่วางตัวอยู่บนดินที่เป็น Collapsible Soil นั้น พบมากในบริเวณภาคตะวันออกเฉียงเหนือ โดยดินที่มีลักษณะของดินยุบตัว ได้แก่ ดินลมหอบ (Loess) ซึ่งเป็นดินที่มีการยึดเกาะของเม็ดดินแบบหลวมๆ มีโครงสร้างคล้ายรวงผึ้ง (Honey Comb Structure) โดยมีออกไซด์ของเหล็กเป็นตัวเชื่อมประสานระหว่างเม็ดดิน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมดินชนิดนี้ เมื่ออยู่ในสภาวะแห้ง จึงมีความแข็งแรงมาก โดยอาจสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่า 100 ตันต่อตารางเมตร เลยทีเดียว แต่เมื่อดินชนิดนี้สัมผัสถูกน้ำ พันธะของออกไซด์เหล็กที่ยึดเหนี่ยวระหว่างเม็ดดินจะถูกทำลายลง ความสามารถในการรับน้ำหนักของดิน ลดลงจนเหลือประมาณ 5 ตันต่อตารางเมตร เท่านั้น (ดร.นภดล กรณ์ศิลป 2544) ซึ่งก็จะทำให้เกิดการทรุดตัวอย่างเฉียบพลัน โดยที่ดินชนิดนี้สามารถมีการทรุดตัวได้มากถึง 20 – 30% ของความลึกที่แรงกดของน้ำหนักฐานรากหยั่งลงไปถึง

รูปที่ 18 การพังทลายของอาคารอันเนื่องมาจากฐานรากแผ่ที่วางอยู่บนดินยุบตัว (Collapsible Soil)

รูปที่ 19 การพังทลายของอาคารอันเนื่องมาจากฐานรากแผ่ที่วางอยู่บนดินยุบตัว (Collapsible Soil)

ผู้เขียนเคยมีประสบการณ์ไปเยือนอาคารหลังหนึ่ง ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ (โดยปกติแล้วผู้เขียนมีนิสัยชอบสังเกต รอยแตกร้าวต่างๆที่ปรากฏบนโครงสร้างของอาคาร ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากลักษณะงานที่ผู้เขียนต้องเจอเป็นประจำนั่นเอง) อาคารนี้ก็เช่นกัน เมื่อเข้าไปถึง ผู้เขียนก็เริ่มสังเกตรอยแตกร้าวต่างๆ ภายในตัวอาคารว่ามีความผิดปกติใดๆ หรือไม่ ผู้เขียนเดินเกือบรอบอาคาร ก็ไม่พบความผิดปกติใดๆ แต่เมื่อผู้เขียนเดินไปเข้าห้องน้ำก็พบว่า ผนังห้องน้ำมีรอยแตกร้าวเฉียง 45 องศา ซึ่งบ่งบอกถึงการทรุดตัวไม่เท่ากันเกิดขึ้น ผู้เขียนจึงตั้งสมมติฐานถึงสาเหตุการทรุดตัวว่าน่าจะเกิดจากการที่ระบบท่อน้ำของตัวอาคารมีปัญหาทำให้มีน้ำไหลลงไปที่ฐานรากของอาคารซึ่งก็มีผลทำให้ฐานรากในบริเวณห้องน้ำมีการทรุดตัวสูงผิดปกติ และเมื่อผู้เขียนออกไปด้านนอกอาคารเพื่อตรวจสอบดูบริเวณตำแหน่งของฐานรากที่มีการทรุดตัวสูงผิดปกติ ก็พบว่าที่ตอม่อของฐานรากมีตระไคร่น้ำขึ้นอยู่ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าบริเวณดังกล่าว มีความชื้นสูงอยู่ตลอดเวลา และสอดคล้องกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ หลังจากนั้นเมื่อเสร็จสิ้นการประชุม ผู้เขียนได้เดินไปเข้าห้องน้ำอีกห้องที่อยู่ฝั่งตรงกันข้ามกับห้องน้ำที่เคยใช้ในตอนแรก ก็พบว่าเกิดการทรุดตัวในลักษณะนี้เหมือนกัน โดยมีสาเหตุเดียวกันอีกด้วย

11. Negative Skin Friction and Down Drag Force
การวิบัติอันเนื่องมาจากผลของการเกิด Negative Skin Friction นั้น วิศวกรหลายท่านมีความเชื่อว่า มีแต่เพียงในทฤษฎีเท่านั้น และไม่จำเป็นต้องออกแบบเผื่อไว้ ซึ่งความคิดเช่นนั้น ผู้เขียนคิดว่าเป็นสิ่งที่ผิด เพราะอาจก่อให้เกิดความเสียหายตามมาได้ โดยเฉพาะในการออกแบบฐานรากที่ปลายเสาเข็มอยู่ในชั้นดินแข็ง และดินข้างบนเป็นดินอ่อนที่มีการยุบอัดตัวได้สูง ผลของ Negative Skin Friction อาจส่งผลทำให้เสาเข็มวิบัติได้ ถ้าหากเสาเข็มนั้นมีขนาดเล็กเกินไป จนไม่สามารถรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นมาจากผลของการเกิด Negative Skin Friction ได้

รูปที่ 20 อาคารโรงงานแห่งหนึ่งมีการก่อสร้างโดยใช้เสาเข็มยาวไม่เท่ากัน และมีการทรุดตัวมากถึง 80 ซม.

รูปที่ 21 ผลจากการยุบอัดตัวของดินอ่อน ทำให้เกิดแรงฉุดลงต่อเสาเข็มสั้น (Down Drag Force)
ทำให้เสาเข็มสั้นถูกดึงหลุดจากฐาน และยังทำให้เกิดเสียดทานเป็นลบในเสาเข็มยาว (Negative Skin Friction)

รูปที่ 22 ผลจากการยุบอัดตัวของดินอ่อน ทำให้เกิดเสียดทานเป็นลบในเสาเข็มยาว (Negative Skin Friction)
ซึ่งทำให้เสาเข็มต้องรับภาระเพิ่มขึ้น และเสี่ยงต่อการวิบัติ

รูปที่ 23 การออกแบบโครงสร้างโดยใช้เสาเข็มยาวไม่เท่ากัน

รูปที่ 24 เมื่อเวลาผ่านไปดินอ่อนเกิดการยุบอัดตัว ส่งผลทำให้เกิดแรงฉุดลงและแรงเสียดทานเป็นลบในเสาเข็ม

12. การกัดเซาะของดินใต้ฐานราก
รูปแบบของการวิบัติลักษณะนี้ มักเกิดขึ้นกับฐานรากแผ่ของอาคารที่ตั้งอยู่บนที่ลาดชัน เช่น ที่ลาดเขา ไหล่เขา ซึ่งมีการควบคุมการระบายน้ำไม่ดีพอ ทำให้น้ำฝนหรือน้ำจากการใช้งาน กัดเซาะดินใต้ฐานราก ทำให้เกิดการทรุดตัวหรือการเคลื่อนพังของลาดดิน

รูปที่ 25 การทรุดตัวของอาคารอันเนื่องมาจากการกัดเซาะของดินลาดเขา

รูปที่ 26 สภาพของของดินลาดเขาที่ถูกน้ำกัดเซาะ

13. การวิบัติเนื่องมาจากแรงแบกทาน (Bearing Capacity Failure)
การวิบัติลักษณะนี้ แทบจะไม่เกิดขึ้นแล้วในปัจจุบัน เนื่องจากทั้งวิศวกรและประชาชนทั่วไปต่างรู้ดีว่า การก่อสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักมากบนดินอ่อนนั้น ต้องทำอย่างระมัดระวัง และต้องมีฐานรากที่มั่นคงแข็งแรง มิฉะนั้นจะทำให้เกิดการพังทลายได้ง่าย ซึ่งความรู้ดังกล่าวก็มาจากบทเรียนของการวิบัติในอดีตนั่นเอง ตัวอย่างของการวิบัติลักษณะนี้ในอดีตที่สำคัญ ได้แก่ เจดีย์ภูเขาทอง, พระปฐมเจดีย์ ฯลฯ

รูปที่ 27 เจดีย์ภูเขาทอง

รูปที่ 28 การซ่อมแซมเจดีย์ภูเขาทองโดยวิธี Top Down Rehabilitation

จากประสบการณ์ของผู้เขียน ในการแก้ปัญหาฐานรากมากว่า 25 ปี พบว่า เป็นที่น่าแปลกใจจริงๆว่า มีวิศวกรไทยจำนวนไม่น้อยทั้งรุ่นเก่าและรุ่นใหม่ ที่ไม่มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับพฤติกรรมการรับน้ำหนักของเสาเข็ม โดยจะคำนึงถึงเฉพาะกำลังในการรับน้ำหนักได้ของเสาเข็มเท่านั้น ไม่ได้มีการคำนึงถึงพฤติกรรมการทรุดตัวของเสาเข็มที่ตามมา สิ่งนี้เองจึงเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปัญหาต่างๆตามมามากมาย ซึ่งผู้เขียนมีความเห็นว่า เรื่องเกี่ยวกับพฤติกรรมพื้นฐานของเสาเข็มเช่นนี้ ควรเน้นย้ำอย่างมากให้กับรุ่นน้องวิศวกรตั้งแต่ยังเรียนอยู่ เพื่อที่จะได้ลดความผิดพลาดเช่นนี้ลง ซึ่งก็จะเป็นผลประโยชน์ต่อประเทศชาติของเรา นอกจากนี้ในผู้เขียนยังมีความเห็นเกี่ยวกับหลักการที่ใช้ในการออกแบบว่า วิศวกรควรคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นหลัก โดยคิดคำนวณให้รอบคอบถึงกรณีวิกฤตทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้นได้ ไม่ใช่คำนึงถึงแต่จะลดค่าใช้จ่าย เพื่อจะได้รับค่าตอบแทนมากๆเพียงอย่างเดียว “จงอย่าลืมว่าตนเองเป็นวิศวกรไม่ใช่พ่อค้า”

คะแนน:

ร่วมแสดงความคิดเห็น (Post Comment)